Datové centrum se stalo motorem moderního života; rostoucí síťové informace jsou přenášeny a ukládány vysokou rychlostí přes datové centrum. Většina spojení v datovém centru je krátká, v rozmezí od několika metrů do několika set metrů. V této krátké a vysokorychlostní datové komunikaci,multimódový vláknový a optický modul s VCSELjako základní zařízení jsou široce používány. Ve srovnání se schématem jednorežimového přenosu využívá vícerežimové schéma levný a nízkovýkonový laser pro realizaci rychlého a efektivního spojení mezi vláknem a laserem. Vícevidové vlákno může dosáhnout vyšší přenosové rychlosti nebo delší přenosové vzdálenosti než měděný kabel a nižší náklady než jednovidový optický systém. V současné době je již rychlost interního připojení datového centra100 Gbit/sa brzy se očekává rychlost 400 Gbit/s. Průmysl vyvíjí nové multimódové vlákno pro zlepšení jeho výkonu, včetně WDM v jediném vláknu. Dlouhovlnné multimódové vlákno podporuje delší přenosovou vzdálenost. Kromě toho, aby se podpořilo miniaturizované připojení s vysokou hustotou, zlepšila se míra využití prostoru, účinnost odvodu tepla a účinnost správy kabelů v datovém centru, bylo rychle vyvinuto a nasazeno vícevidové vlákno s odolností v ohybu. V tomto článku je diskutován vývojový trend multimódového vlákna podporujícího vysokorychlostní optický modul kombinací technického principu multimódového vlákna a vývoje technologie optických modulů.
1. Technologie vícevidových optických vláken a aplikační scénáře
Rozvoj cloud computingu podpořil rozvoj supervelkých datových center, čímž generuje odlišné vývojové trendy od tradičních podnikových datových center. Ať už domácí nebo mezinárodní, vývoj rychlosti portů serverů u uživatelů VLCC se službami cloud computingu je samozřejmě rychlejší než u tradičních podnikových datových center. Tradiční podniky budou stabilně používat vícerežimové vlákno OM4 a více než 90 procent délky systémové linky je kratší než 100 metrů.
Uživatelé supervelkých datových center si s větší pravděpodobností vyberou jednorežimové vlákno a 70 procent délky systémové linky je více než 100 m. Vývoj supervelkých datových center zlepšil míru využití jednovidového vlákna, ale vícevidové vlákno má stále své jedinečné výhody. Mezi tyto výhody patří dostupnost levnějších optických modulů, nižší spotřeba energie a přenosové vzdálenosti, které pokrývají většinu spojů v datovém centru, takže řešení založená na multimódových vláknech a multimódových optických modulech zůstávají pro zákazníky atraktivní.
2. Šířka pásma 850 nm multimódového vlákna
Na rozdíl od jednovidového systému jsou přenosová vzdálenost a rychlost vícevidového systému omezeny šířkou pásma vícevidového vlákna. Pro podporu delší vzdálenosti vysokorychlostního systému je třeba zvýšit režimovou šířku pásma multimódového vlákna.
S rozvojem designu a výroby vláken se výrazně zlepšila šířka pásma vícevidových vláken. 62,5μm multimódové vlákno má vysokou numerickou aperturu a velké jádro vlákna, které může připojit světelný zdroj LED (light-emitting diode) do vlákna a podporovat přenos dat na vzdálenost 2 km rychlostí 10 Mbit/s nebo dokonce 100 Mbit/ s. S rozvojem standardu Ethernet a levného 850nm VCSEL je na trhu populárnější vícevidové vlákno s průměrem jádra 50 mikronů. Vlákno má nižší vidovou disperzi a vyšší šířku pásma a velikost bodu a numerická apertura VCSEL jsou menší než u LED, což umožňuje snadné připojení laseru k 50 mikronovému vláknu. Optimalizací výrobního procesu optických vláken a přijetím pokročilé technologie řízení indexu lomu se 50μm vícevidové optické vlákno vyvinulo z OM2(500 MHz*Km) na OM3(2 000 MHz*Km) a nyní se vyvinulo na OM4({ {17}} MHz*Km).
U vícerežimového systému využívajícího 850 nm VCSEL další zvyšování šířky pásma vícevidového vlákna OM4 nemůže způsobit, že optický modul přenáší další vzdálenost, protože šířka pásma systému závisí na kombinaci šířky pásma efektivního režimu vlákna a rozptylu ( což souvisí se šířkou spektrální čáry laseru VCSEL a vlnovou délkou vlákna). Pokud je třeba zvýšit šířku pásma systému, je kromě šířky pásma efektivního režimu vlákna potřeba optimalizovat hodnotu disperze. Toho lze dosáhnout použitím vícevidového vlákna s diferenciálním zpožděním (DMD) pro kompenzaci částečné disperze nebo použitím užší šířky čáry 850nm VCSEL nebo prací v oblasti delší vlny s nižší disperzí.
Maximální relativní index lomu jádra vlákna také ovlivňuje maximální šířku pásma. Když jádro klesne z 1 procenta na 0,75 procenta, šířka pásma se zdvojnásobí. Zmenšení jádra vlákna však zvýší ztrátu ohybem, takže je nutné optimalizovat konstrukci struktury vlákna, aby se zlepšila jeho výkonnost v ohybu.
3. Vícevidové vlákno necitlivé na ohyb
V aplikacích datových center se stále více a více používá vícevidové vlákno necitlivé na ohyb, které může optimalizovat návrh optického vlákna, hardwaru a zařízení pro úsporu místa, lepší účinnost chlazení a pohodlnější připojení a správu kabelů. Jádro má odstupňovaný index a plášť má drážku s nízkým indexem. Drážka snižuje optický výkon v opláštění a může zabránit úniku optických signálů, čímž se zlepší ohybový výkon vlákna. Konstrukce vlákna optimalizuje velikost jádra a drážky vlákna a dosahuje rovnováhy mezi výkonem v ohybu a kompatibilitou se standardním vícevidovým vláknem. Prostřednictvím rozumného návrhu jádra vlákna a drážky může multimode vlákno dosáhnout úrovně OM4 s vysokou šířkou pásma a nízkou ztrátou ohybu. Ztráta makro ohybu u vícevidového vlákna necitlivého na ohyb je více než 10krát nižší než u běžného standardního vícevidového vlákna.
